JP2005057777A - Multistage optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に光通信に関し、更に詳しくは、光スイッチ及び光スイッチングシステムに関する。そして、更に詳しくは、本発明は、多段光スイッチに関するものである。 The present invention relates generally to optical communications, and more particularly to optical switches and optical switching systems. More specifically, the present invention relates to a multistage optical switch.
近年及び現在も進行中の光ファイバ技術の進展の結果、光通信を含むいくつかのアプリケーションにおいて、光ファイバの使用が増加している。そして、この使用の増加が、光ファイバを介したデータ伝送を支援する効率的な周辺装置に対するニーズをもたらしている。このような周辺装置の1つが光スイッチである。光スイッチは、1つの光ファイバを第2の光ファイバに対して選択的に結合し、この結果、結合されたこれらの光ファイバを相互通信状態とするべく機能するものである。 As a result of recent and ongoing progress in optical fiber technology, the use of optical fiber is increasing in several applications, including optical communications. And this increased use has led to a need for efficient peripheral devices that support data transmission over optical fibers. One such peripheral device is an optical switch. The optical switch selectively couples one optical fiber to a second optical fiber, so that the combined optical fibers function to communicate with each other.
光スイッチの1つのタイプが多段スイッチであり、通常、小さな単一段のクロスポイントスイッチを相互接続し、多段スイッチが形成されている。多段スイッチの周知のモデルの1つが、その名称がベル研究所(Bell Laboratories)のチャールス・クロス(Charles Clos)に由来するクロス(Clos)アーキテクチャである。クロスアーキテクチャは、その設計により、NxNスイッチを実現するのに必要なスイッチの数がN2から(2N−1)に削減されるため、大規模なスイッチにおいて有効なるアーキテクチャである。 One type of optical switch is a multistage switch, which is typically formed by interconnecting small single stage crosspoint switches. One well-known model of a multistage switch is the Clos architecture, whose name is derived from Charles Labs, Bell Laboratories. The cross-architecture is an effective architecture in a large-scale switch because the number of switches required to realize an N × N switch is reduced from N 2 to (2N−1) by the design.
図1は、従来技術による3段光スイッチの概略図である。光スイッチ100は、クロスアーキテクチャによって構築されており、第1段102、第2段104、及び第3段106を含んでいる。入力伝送媒体(または入力側伝送媒体。以下同じ)108は、光信号を第1段102に入力し、出力伝送媒体(または出力側伝送媒体。以下同じ)110は、第3段106から光信号を受信する。光スイッチングコンポーネント及び電気スイッチコンポーネントによってそれぞれ生成される損失及びジッタの両方を最小化するべく、これら2つが光スイッチ100内において組み合わせられ、光及び電気コンポーネントの両方を使用するクロススイッチ(Clos switch)が提供されている。
FIG. 1 is a schematic view of a conventional three-stage optical switch. The
この図1の実施形態では、電気コンポーネントがスイッチング動作を実行する。しかしながら、通常、多段スイッチ全体を単一の回路基板上に実装することはできない。このため、基板間において光信号を伝送するべく、光ファイバケーブルが使用される。従って、この多段光スイッチ100は、段間において光信号を、そして、それぞれの段内においては電気信号を伝搬しており、この結果、光ファイバケーブル上で信号を伝送する前の電気から光への変換と、光信号を電気スイッチング要素に入力する前の光から電気への変換を実行することが必要となる。
In the embodiment of FIG. 1, the electrical component performs a switching operation. However, generally, the entire multistage switch cannot be mounted on a single circuit board. For this reason, an optical fiber cable is used to transmit an optical signal between substrates. Therefore, this multistage
光スイッチ100の第1段102には、光信号を受信し、この信号を電気信号に変換する光/電気コンバータ(光−電気変換器)112が含まれている。次いで、この電気信号は、必要なスイッチング動作のために、電気スイッチング要素114に入力される。そして、信号を第2段104に伝送する前に、この電気信号は、電気/光コンバータ(電気−光変換器)116によって光信号に変換される。次いで、この光信号は、光ファイバケーブル118を介して第2段104に伝送される。第2及び第3段104、106は、光/電気コンバータ112、電気スイッチング要素114、及び電気/光コンバータ116を有しており、第1段102と同様に機能する。光信号は、光ファイバケーブル120を介して第3段106に伝送される。
The
この図1の多段光スイッチは、光/電気コンバータ112(120、128)が、通常、フォトダイオードとして、そして、電気/光コンバータ116(124、132)がレーザとして実装されるため、実施するのにコストがかかるスイッチである。即ち、多段スイッチ内のそれぞれの段が、段を通じて伝播するそれぞれの信号ごとに1つのフォトダイオードと1つのレーザを必要とするため、大規模な多段光スイッチを構築するコストが大きなものになりうるのである。 The multi-stage optical switch of FIG. 1 is implemented because the optical / electrical converter 112 (120, 128) is typically implemented as a photodiode and the electrical / optical converter 116 (124, 132) as a laser. Is a costly switch. That is, each stage in a multistage switch requires one photodiode and one laser for each signal propagating through the stage, which can be costly to build a large scale multistage optical switch. It is.
本発明によれば、スイッチを介して信号を伝搬するべく2つの異なるタイプのスイッチング要素を利用する多段光スイッチが提供される。本発明による実施形態では、1つ又は複数の段に、電気スイッチング要素が、そして、1つ又は複数の異なる段には、光スイッチング要素が含まれている。光/電気コンバータが、電気スイッチング要素へのそれぞれの信号ライン入力(電気スイッチング要素に入力する信号ライン)に接続されており、電気/光コンバータが、電気スイッチング要素のそれぞれの信号ライン出力(電気スイッチング要素から出る信号ライン)に接続されている。光ファイバケーブルを使用して、段間において信号を伝送することができる。本発明によれば、任意の所望の数の段を有する多段光スイッチを構築することができる。 In accordance with the present invention, a multi-stage optical switch is provided that utilizes two different types of switching elements to propagate signals through the switch. In an embodiment according to the present invention, one or more stages include electrical switching elements and one or more different stages include optical switching elements. An optical / electrical converter is connected to each signal line input to the electrical switching element (signal line entering the electrical switching element), and the electrical / optical converter is connected to each signal line output (electrical switching element). Connected to the signal line from the element). A fiber optic cable can be used to transmit signals between stages. According to the present invention, a multi-stage optical switch having any desired number of stages can be constructed.
本発明は、第1及び最終段においては、1つのタイプのスイッチング要素を、そして、1つ又は複数の中間段においては、別のタイプのスイッチング要素を利用する多段光スイッチに関するものである。尚、以下の説明は、当業者による本発明の実施及び利用を可能にするべく提示するものであり、特許出願及びその要件の観点から提供するものである。当業者には、開示されるこれらの実施形態に対する様々な変更が容易に明らかであり、本明細書における一般的な原理は、その他の実施形態にも適用可能である。従って、本発明は、提示する実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、並びに本明細書において記述する原理及び特徴に適合する最も広い範囲に一致するものである。 The present invention relates to a multi-stage optical switch that utilizes one type of switching element in the first and last stages and another type of switching element in one or more intermediate stages. The following description is presented to enable those skilled in the art to implement and use the present invention, and is provided from the viewpoint of patent applications and requirements thereof. Various modifications to these disclosed embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles herein may be applied to other embodiments. Accordingly, the invention is not limited to the embodiments shown, but is to be accorded the widest scope consistent with the claims and the principles and features described herein.
図2には、本発明による第1の3段光スイッチの概略平面図が示されている。光スイッチ200は、第1段202、第2段204、及び第3段206を含んでいる(但し、これらに限定されるものではない)。入力伝送媒体208は、複数の光信号を第1段202に入力し、出力伝送媒体210は、第3段206から複数の光信号を受信する。尚、本発明によるこの実施形態では、光スイッチ200は、クロスアーキテクチャを利用している。
FIG. 2 shows a schematic plan view of a first three-stage optical switch according to the present invention. The
フォトダイオードなどの光/電気コンバータ212が入力伝送媒体208から光信号を受信し、この光信号を電気信号に変換する。次いで、この電気信号は、電気スイッチング要素214に入力される。この電気スイッチング要素214は、MEMS(Microelectromechanical System:マイクロ電子技術システム、またはマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)スイッチ、バブルスイッチ、光学機械式スイッチ、熱スイッチ(サーマルスイッチ)、圧電光学式スイッチ、及び1x2スイッチのアレイを含む任意の適切な電気スイッチング装置として構成することができる。
An optical /
所望のスイッチング動作を実行した後に、電気スイッチング要素214は、電気信号を電気/光コンバータ216に伝送する。この電気/光コンバータ216は、図2の実施形態では、例えば、レーザから構成することができる。そして、この電気信号が光信号に変換され、この光信号が光ファイバケーブル218を介して第2段204に伝送される。
After performing the desired switching operation,
第2段204における光スイッチング要素220は、この光信号を受信し、所望のスイッチング動作を実行した後に、光ファイバケーブル222を介して第3段に光信号を伝送する。尚、この光スイッチング要素220は、MEMS(Microelectromechanical System)スイッチ、バブルスイッチ、光学機械式スイッチ、熱スイッチ、圧電光学式スイッチ、及び1x2スイッチのアレイを含む任意の適切な光スイッチング装置として構成することができる。
The
第3段206内の光/電気コンバータ212は、この光信号を受信し、この光信号を電気信号に変換する。次いで、この電気信号は、電気スイッチング要素214に入力される。そして、所望のスイッチング動作を実行した後に、電気スイッチング要素214は、電気信号を電気/光コンバータ216に伝送する。次いで、この電気信号が光信号に変換され、光信号が出力伝送媒体210に出力される。
The optical /
従って、多段光スイッチ200は、第1及び第3段においては、電気スイッチング要素を、そして、第2段においては、光スイッチング要素を利用している。この構成によれば、有利なことに、スイッチ内において使用される光/電気コンバータと電気/光コンバータの数が削減される。即ち、図1に関連して説明したように、従来技術による構造においては、それぞれの段において、それぞれの信号ごとに1つの光/電気コンバータと1つの電気/光コンバータを使用している。従って、3段スイッチの場合には、これは、スイッチ内において、それぞれの信号ごとに6つのコンバータが使用されることを意味している。一方、このような従来技術による構造とは異なり、本発明による図2の実施形態では、スイッチ内のそれぞれの信号ごとに4つのコンバータ(2つの光/電気コンバータと2つの電気/光コンバータ)が利用されている。従って、多段スイッチ200を構築するための複雑性とコストは、従来のクロスタイプの光スイッチに比べて低減されている。
Therefore, the multi-stage
図3は、本発明による第2の3段光スイッチの概略平面図である。光スイッチ300は、第1段302、第2段304、及び第3段306を含んでいる(但し、これらに限定されない)。入力伝送媒体208が複数の光信号を第1段302に入力し、出力伝送媒体210が第3段306から複数の光信号を受信する。尚、本発明によるその他の実施形態では、光スイッチ300は、図3の実施形態との関連で説明するものに加え(又は、それらの代わりに)、様々なコンポーネント及び構成を使用して実施することができる。
FIG. 3 is a schematic plan view of a second three-stage optical switch according to the present invention. The
本発明によるこの実施形態では、光スイッチ300は、クロスアーキテクチャを利用している。第1段302における光スイッチング要素220が入力伝送媒体208から光信号を受信する。そして、所望のスイッチング動作を実行した後に、光スイッチング要素220は、光信号を光ファイバケーブル218を介して第2段304に伝送する。
In this embodiment according to the present invention, the
光/電気コンバータ212は、この光信号を受信し、光信号を電気信号に変換する。そして、この電気信号が電気スイッチング要素214に入力され、所望のスイッチング動作が実行される。次いで、この電気信号が電気/光コンバータ216に入力され、光信号に変換される。そして、この光信号が光ファイバケーブル222を介して第3段に伝送される。第3段306における光スイッチング要素220は、この光信号を受信し、所望のスイッチング動作を実行した後に、光信号を出力伝送媒体210に伝送する。
The optical /
このように、光スイッチ300は、第1及び第3段においては、光スイッチング要素を、そして、第2段においては、電気スイッチング要素を利用している。この構成によれば、スイッチ内において使用される光/電気コンバータと電気/光コンバータの数が更に削減されることになる。図3の光スイッチ300は、スイッチ内において、それぞれの信号ごとに2つのコンバータ(1つの光/電気コンバータと1つの電気/光コンバータ)を利用している。この結果、光スイッチ300を構築するための複雑性とコストは、従来のクロスタイプの光スイッチアーキテクチャより低減される。
Thus, the
但し、本発明による実施形態は、3段光スイッチへの適用に限定されるものではない。従来の帰納法(または反復技法)を使用して、3段又は5段スイッチなどの多段スイッチにより、単一段のスイッチを置き換えることが可能である。例えば、5段スイッチの第2、第3、及び第4段を除去し、これらを3段スイッチに置き換えることにより、11段スイッチを構築することができる。このように、本発明にしたがって構築される多段光スイッチは、任意の所望の数の段を含むことができる。 However, the embodiment according to the present invention is not limited to application to a three-stage optical switch. Using conventional induction (or iterative techniques), it is possible to replace a single stage switch with a multistage switch, such as a three or five stage switch. For example, an 11-stage switch can be constructed by removing the 2nd, 3rd and 4th stages of a 5-stage switch and replacing them with a 3-stage switch. Thus, a multi-stage optical switch constructed in accordance with the present invention can include any desired number of stages.
当業者であれば、本発明による多段スイッチにおけるタイプの異なるスイッチング要素の使用順序に、いくつかの要因が影響を与えうることを理解するであろう。例えば、後続段に信号を伝送する前に光信号の増幅が必要な場合には、設計者は、当該段において、電気スイッチング要素を増幅器と共に利用することを所望するであろう。代替的には、光スイッチング要素が電気スイッチング要素よりも安価な場合には、設計者は、大部分の段において、光スイッチング要素を使用する多段スイッチ構造を利用し、これにより、結果的に、より安価なスイッチを実現することを所望するであろう。又、多段光スイッチのアプリケーションのタイプも、タイプの異なるスイッチング要素の使用順序に影響を与えうる。 One skilled in the art will appreciate that several factors can affect the order in which different types of switching elements are used in a multi-stage switch according to the present invention. For example, if an optical signal needs to be amplified before transmitting a signal to a subsequent stage, the designer will want to utilize an electrical switching element with an amplifier in that stage. Alternatively, if the optical switching element is less expensive than the electrical switching element, the designer utilizes a multi-stage switch structure that uses the optical switching element in most stages, thereby resulting in: It would be desirable to realize a cheaper switch. The type of application of the multi-stage optical switch can also affect the order in which different types of switching elements are used.
本発明による多段光スイッチ(200)は、該スイッチを介して信号を伝えるために異なるタイプのスイッチング素子を使用する。本発明によるいくつかの実施形態は、1つ以上の段に電気スイッチング素子(214)含み、それらとは異なる1つ以上のそれぞれの段に光スイッチング素子(220)を含む。光−電気変換器(212)が、電気スイッチング素子(214)の各信号ライン入力に接続され、電気−光変換器(216)が電気スイッチング素子(214)の各信号ライン出力に接続される。光ファイバケーブル(218)を使用して、段間で信号を伝送することができる。任意の所望の数の段を有する多段光スイッチを、本発明にしたがって構成することができる。 The multistage optical switch (200) according to the present invention uses different types of switching elements to transmit signals through the switch. Some embodiments according to the invention include an electrical switching element (214) in one or more stages and an optical switching element (220) in one or more respective stages different from them. An opto-electric converter (212) is connected to each signal line input of the electrical switching element (214), and an electro-optical converter (216) is connected to each signal line output of the electrical switching element (214). A fiber optic cable (218) can be used to transmit signals between stages. Multi-stage optical switches having any desired number of stages can be constructed in accordance with the present invention.
以下簡単に説明する添付図面を参照しつつ、本発明による実施形態についての上記詳細な説明を参照することにより、本発明について十分に理解することができよう。 The present invention may be more fully understood by reference to the above detailed description of the embodiments thereof, with reference to the accompanying drawings, which are briefly described below.
200 多段光スイッチ(3ステージ光スイッチ)
202、204、206 段(ステージ)
212 光−電気コンバータ
214 電気スイッチング要素
216 電気−光コンバータ
218、222 光ファイバケーブル
220 光スイッチング要素
200 Multi-stage optical switch (3-stage optical switch)
202, 204, 206 stages
212 Optical to
Claims (10)
前記多段光スイッチ(200)内の少なくとも1つの段(202)は、電気スイッチング要素(214)を含み、前記多段光スイッチ(200)内の少なくとも1つの異なる段(204)は、光スイッチング要素(220)を含むことを特徴とする多段光スイッチ(200)。 A multi-stage optical switch (200) comprising a combination of electrical switching elements (214) and optical switching elements (220),
At least one stage (202) in the multi-stage optical switch (200) includes an electrical switching element (214), and at least one different stage (204) in the multi-stage optical switch (200) includes an optical switching element ( 220). A multi-stage optical switch (200).
前記電気スイッチング要素(214)のそれぞれから出力される対応する信号ラインにそれぞれが電子的に接続された複数の電気/光コンバータ(216)と、
を更に有する請求項1記載の多段光スイッチ(200)。 A plurality of optical / electrical converters (212) each electronically connected to a corresponding signal line input to each of said electrical switching elements (214);
A plurality of electrical / optical converters (216) each electronically connected to a corresponding signal line output from each of the electrical switching elements (214);
The multistage optical switch (200) of claim 1, further comprising:
前記多段光スイッチ(200)の第1段内に、複数の第1タイプの信号をスイッチングするための複数の第1タイプのスイッチング要素を提供するステップと、
前記多段光スイッチ(200)の最終段内に、前記複数の第1タイプの信号をスイッチングするための複数の前記第1タイプのスイッチング要素を提供するステップと、
前記多段光スイッチ(200)の前記第1段と最終段の間に位置する1つ又は複数の中間段に、複数の第2タイプの信号をスイッチングするための複数の第2タイプのスイッチング要素を提供するステップと、
を有することを特徴とする方法。 A method of constructing a multistage optical switch (200), comprising:
Providing a plurality of first type switching elements for switching a plurality of first type signals in a first stage of the multi-stage optical switch (200);
Providing a plurality of the first type switching elements for switching the plurality of first type signals in a final stage of the multi-stage optical switch (200);
A plurality of second type switching elements for switching a plurality of second type signals in one or a plurality of intermediate stages located between the first stage and the last stage of the multistage optical switch (200). Providing steps;
A method characterized by comprising:
前記電気スイッチング要素(214)のそれぞれから出力される対応する信号ラインに、それぞれが電子的に接続された複数の電気/光コンバータ(216)を提供するステップと、
を更に有する請求項6記載の方法。 Providing a plurality of optical / electrical converters (212) each electronically connected to a corresponding signal line input to each of said electrical switching elements (214);
Providing a plurality of electrical / optical converters (216) each electronically connected to a corresponding signal line output from each of the electrical switching elements (214);
The method of claim 6 further comprising:
前記電気スイッチング要素(214)のそれぞれから出力される対応する信号ラインに、それぞれが電子的に接続された複数の電気/光コンバータ(216)を提供するステップと、
を更に有する請求項9記載の方法。 Providing a plurality of optical / electrical converters (212) each electronically connected to a corresponding signal line input to each of said electrical switching elements (214);
Providing a plurality of electrical / optical converters (216) each electronically connected to a corresponding signal line output from each of the electrical switching elements (214);
10. The method of claim 9, further comprising:
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